Để đạt được các thiết bị lưu trữ năng lượng hiệu quả, in 3D đang được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện hóa. Gần đây, kết quả mới của sự hợp tác giữa nhóm nghiên cứu Đại học Bách khoa Tây Bắc và Phòng thí nghiệm Chế tạo Phụ gia của Đại học Quốc gia Singapore đã truyền cảm hứng cho ngành công nghiệp.

Nhóm nghiên cứu chung đã sử dụng xử lý ánh sáng kỹ thuật số (DLP) và lắng đọng hơi hóa học (CVD) hai công nghệ công nghiệp hiện đại để phát triển một loại bọt graphite rỗng 3D (HGF) độc đáo, có cấu trúc xốp tuần hoàn và tính chất cơ học tốt, và thành công có độ bền cơ học cao và khả năng tải vật liệu hoạt động cực cao của điện cực được thực hiện. Kết quả nghiên cứu đã được xuất bản trên “Research”.

“Thành tựu này không chỉ cung cấp một phương pháp mới để điều chế vật liệu điện cực có độ bền cơ học và tính chất điện hóa tuyệt vời, mà còn cung cấp một hướng đi mới cho việc ứng dụng quy mô lớn các thiết bị lưu trữ năng lượng tiên tiến.” Tác giả tương ứng của bài báo, Học viện Khoa học Trung Quốc Huang Wei, một viện sĩ và nhà khoa học chính của Trung tâm Khoa học Biên giới Điện tử Linh hoạt của Đại học Bách khoa Tây Bắc, nói với China Science Daily.

Xuất hiện đột ngột

Với sự phát triển nhanh chóng của xã hội, nhu cầu sử dụng năng lượng của con người không ngừng tăng lên, mong muốn tìm được một nguồn năng lượng xanh tái tạo. In 3D có thể đạt được tạo mẫu nhanh chóng và chi phí tương đối thấp, vì vậy nó đã thu hút được sự chú ý rộng rãi. Trong vài năm qua, đã có rất nhiều nghiên cứu sử dụng in 3D để tạo ra các điện cực / thiết bị chuyển đổi và lưu trữ năng lượng điện hóa. Các chuyên gia đã đạt được những tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực này, nhưng vẫn còn nhiều thách thức và bất cập cần được giải quyết. Kể từ năm 2018, nhóm nghiên cứu của Đại học Bách khoa Tây Bắc đã cam kết phát triển các điện cực in 3D mới với độ chính xác cao hơn và thiết kế cấu trúc độc đáo.

“Kể từ khi thành lập, nhóm đã đấu tranh để đạt được sự tùy chỉnh và công nghiệp hóa các điện cực hiệu suất cao thông qua công nghệ in 3D. Bằng cách lựa chọn các công nghệ in, thiết kế cấu trúc và vật liệu in khác nhau để đạt được sự tùy biến đa dạng của vật liệu điện cực.” Theo Guan Cao, tác giả tương ứng của bài báo và là giáo sư tại Viện Điện tử Linh hoạt của Đại học Bách khoa Tây Bắc.

Hiện tại, do điện cực in 3D có thể cung cấp khả năng tải vật chất hoạt động cao hơn để đạt được mật độ năng lượng và mật độ điện năng cao hơn, nên công nghệ in 3D trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng bao gồm pin ion kim loại, pin không khí kim loại và siêu tụ điện đang dần trở nên hot.

Chuẩn bị in 3D của bọt graphite

Công nghệ in 3D bao gồm mô hình hóa lắng đọng hợp nhất (FDM), in phun mực (Ink jetting), nung chảy laser chọn lọc (SLM) và in lập thể (SLA), v.v.

Điện cực là một thành phần đầu vào hoặc hút dòng điện trong môi trường dẫn điện. Trong nhiều năm, các nhà khoa học đã liên tục điều chỉnh thành phần của nó và phản ứng hóa học mà nó tạo ra để theo đuổi hiệu suất pin tốt hơn. Các vật liệu điện cực thường được sử dụng bao gồm kim loại, oxit kim loại, cacbua kim loại, sunfua kim loại, vật liệu gốc cacbon, polyme dẫn điện, vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOF) và vật liệu composite của chúng.

Trong số đó, vật liệu dựa trên carbon, chẳng hạn như graphene và ống nano carbon (CNTs), là một trong những vật liệu điện cực được sử dụng phổ biến nhất cho các điện cực dẫn điện trong suốt linh hoạt (FTCE), với các đặc tính điện, quang học và cơ học tuyệt vời. Graphene chất lượng cao được sử dụng rộng rãi trong việc điều chế FTCE do tính dẫn điện tốt, tính linh hoạt cơ học cao, độ trong suốt quang học cao và độ ổn định hóa học tốt.

Tuy nhiên, Giáo sư Ding Jun, một trong những tác giả của bài báo này và là trưởng nhóm nghiên cứu của Đại học Quốc gia Singapore, cho rằng việc tìm hiểu ứng dụng thực tế của công nghệ in 3D hiện nay vẫn còn những hạn chế nhất định.

Sự ổn định cơ học lấn át mọi thứ

Hiện nay, có hai phương pháp chính để chuẩn bị điện cực màng mỏng bằng công nghệ in 3D là ép đùn và in phun. Mặc dù nguyên lý hoạt động của hai phương pháp tương đối giống nhau nhưng tính chất của loại mực sử dụng lại khá khác nhau. Do nhu cầu ngày càng tăng về việc chế tạo các điện cực ba chiều, việc chuẩn bị vật liệu điện cực graphene / graphite in 3D hầu hết áp dụng phương pháp in mực viết trực tiếp (kiểu đùn).

Bởi vì độ phân giải của công nghệ này thấp và thường lớn hơn 200μm, nó chỉ có thể nhận ra một số cấu trúc 3D đơn giản như lưới và cấu trúc liên kỹ thuật số, điều này hạn chế ứng dụng của nó. Ngoài ra, đối với việc đóng gói và vận chuyển, đặc tính cơ học của vật liệu carbon 3D này cũng không thể thiếu mà các nghiên cứu trước đây ít chú ý đến.

Loại điện cực nào có triển vọng hơn và có thể mang lại các đặc tính cơ học và điện hóa tuyệt vời?

“Việc phát triển một loại điện cực in 3D mới với độ chính xác cao hơn và thiết kế cấu trúc độc đáo sẽ rất hứa hẹn.” Quan Cao nói. Với sự trợ giúp của DLP và CVD, nhóm đã thiết kế một HGF nhẹ với cấu trúc đơn giản và độ xốp tốt. “Tính toán phần tử hữu hạn và thử nghiệm nén đã chứng minh rằng HGF xốp với cấu trúc xốp của thân quay có thể ngăn ngừa hiệu quả sự cố cấu trúc do tập trung ứng suất, do đó duy trì sự ổn định của máy.” Guan Cao cho biết, sự ổn định của máy là áp đảo.

Bọt than chì được phủ thêm các tấm nano MnO2, có thể được sử dụng trực tiếp làm vật liệu điện cực cho siêu tụ điện mà không cần thêm chất kết dính và bộ thu dòng. Được hưởng lợi từ cấu trúc xốp rỗng độc đáo của nó, nó không chỉ có thể đạt được tải trọng chất lượng cao của vật liệu hoạt động, mà còn có diện tích và điện dung thể tích cao đáng kể.

Kết quả phân tích phần tử hữu hạn xác nhận rằng cấu trúc xốp xoắn ốc được thiết kế trước có thể cung cấp một vùng ứng suất đồng nhất và giảm xu hướng hư hỏng cấu trúc tiềm ẩn do sự tập trung ứng suất gây ra. Kết quả thí nghiệm cho thấy bọt graphit được điều chế có thể đạt được độ bền cơ học cao ở mật độ vật liệu thấp hơn. Khi bề mặt bọt graphit được bao phủ bởi lượng MnO2 siêu cao, MnO2 / HGF có thể đồng thời đạt được dung tích riêng về diện tích, thể tích và khối lượng cao.

Ngoài ra, các siêu tụ điện không đối xứng bán rắn được lắp ráp cũng thể hiện các đặc tính cơ và điện hóa tuyệt vời. Chiến lược về vật liệu xốp và bền ba chiều với các đặc tính cơ học và điện hóa tốt này sẽ mở đường cho việc ứng dụng thực tế của các thiết bị lưu trữ năng lượng tiên tiến.

Tương lai và kỳ vọng

Nói về kế hoạch nghiên cứu khoa học trong tương lai, Huang Wei cho biết “Trong tương lai, chúng tôi sẽ tiếp tục tìm hiểu đề tài nghiên cứu và phát triển công nghệ in 3D điện cực đa chức năng, phát triển hệ thống vật liệu in 3D phù hợp và hiện thực hóa quá trình in một bước của thiết bị lưu trữ năng lượng. ”

“Thảo luận về các thông số quá trình in và thông số cấu trúc phù hợp nhất, thúc đẩy sự phát triển của công nghệ và thiết bị lưu trữ năng lượng, đồng thời thực hiện công nghiệp hóa và công nghiệp hóa các thiết bị lưu trữ năng lượng mới là mục tiêu cuối cùng của chúng tôi.” Huang Wei giới thiệu thêm rằng trong sản xuất vật liệu điện cực Đồng thời, sự phát triển của các thiết bị lưu trữ năng lượng với công suất riêng cao và công suất riêng lớn ngày càng đòi hỏi nhiều hơn. Đồng thời, chi phí thấp, quy trình sản xuất đơn giản cũng có thể giúp các nhà sản xuất pin in 3D có chỗ đứng trên thị trường. ”

Không còn nghi ngờ gì nữa, các điện cực kim loại chắc chắn, liên quan đến ngành công nghiệp vẫn là vật liệu được lựa chọn cho hầu hết các thiết bị nguyên mẫu. So với các phương pháp truyền thống, một số thiết bị nguyên mẫu in 3D cho thấy hiệu suất tương đương hoặc tốt hơn, từ cấu trúc điện cực độc đáo (ví dụ, độ xốp và độ nhám bề mặt) đến thiết kế tế bào điện hóa liên quan đến khả năng in.

Tuy nhiên, sự khác biệt giữa các loại điện cực in 3D và các thiết bị có công nghệ in khác nhau vẫn chưa được nghiên cứu một cách hệ thống, và vẫn còn một khoảng trống lớn về kiến ​​thức trong lĩnh vực này. Tương tự, dữ liệu so sánh hiện tại về hệ thống truyền thống và hệ thống công nghiệp cũng rất hạn chế.

Các quan chức tin rằng với chiến lược phát triển “Made in China 2025” của nước tôi, công nghệ sản xuất sẽ đứng trước một cơ hội lịch sử rất lớn để cải tiến và nâng cấp. Công nghệ in 3D là sự bổ sung hiệu quả cho công nghệ xử lý truyền thống và là công nghệ chiến lược tạo nên kỷ nguyên. Hiện nay, những thành tựu của công nghệ in 3D trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng đã bắt đầu hình thành, hàng loạt công nghệ in và vật liệu liên tục được sử dụng trong công nghệ in 3D sẽ mang lại cơ hội cho sự phát triển của công nghệ in 3D trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng. “Người ta tin rằng với sự phát triển không ngừng của công nghệ và vật liệu in, pin in 3D với độ bền tốt, độ an toàn tuyệt vời, mật độ năng lượng và mật độ năng lượng cao hơn cuối cùng sẽ được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực hơn trong tương lai.” Fuck nói.

Liên kết đến bài viết này : Chuẩn bị in 3D của bọt graphite

Tuyên bố Tái bản: Nếu không có hướng dẫn đặc biệt, tất cả các bài viết trên trang web này là bản gốc. Vui lòng ghi rõ nguồn để tái bản: https: //www.cncmachiningptj.com/,thanks!


Chuẩn bị in 3D của bọt graphitePTJ® cung cấp đầy đủ các Độ chính xác tùy chỉnh máy gia công cnc trung quốc Dịch vụ. Chứng nhận ISO 9001: 2015 & AS-9100. Nhà sản xuất gia công quy mô lớn túi y tế, cung cấp dịch vụ thiết kế 3D, mẫu thử nghiệm và giao hàng toàn cầu. Cũng cung cấp các loại vỏ cứng, EVA nửa cứng, bao mềm, túi và nhiều thứ khác cho OEM. Tất cả các trường hợp được thực hiện tùy chỉnh theo thông số kỹ thuật với sự kết hợp vô hạn của nguyên vật liệu, khuôn, túi, vòng, khóa kéo, tay cầm, logo và phụ kiện. Các tùy chọn chống va đập, chống nước và thân thiện với môi trường. Bộ phận y tế, phản hồi khẩn cấp, Phần điện tử, các ngành công nghiệp, giáo dục, quân sự, an ninh, thể thao, ngoài trời và xây dựng. Các dịch vụ bao gồm tư vấn khái niệm trường hợp, thiết kế 3D, tạo mẫu, tạo mẫu,Khoan CNC Dịch vụ và sản xuất. Hãy cho chúng tôi biết một chút về ngân sách dự án của bạn và thời gian giao hàng dự kiến. Chúng tôi sẽ cùng bạn lập chiến lược để cung cấp các dịch vụ hiệu quả nhất về chi phí nhằm giúp bạn đạt được mục tiêu của mình, Bạn có thể liên hệ trực tiếp với chúng tôi ( [email protected] ).

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *